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石灰石石膏湿法脱硫原理

发表时间:2019-11-01 18:18






深度脱硫工艺流程简介











班级:应化141

姓名:段小龙 寇润 宋蒙蒙

王春维 贺学磊




石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺


    石灰石(石灰)-石膏湿法脱硫工艺是湿法脱硫的一种,是目前世界上应用范围最广、工艺技术最成熟的标准脱硫工艺技术。是当前国际上通行的大机组火电厂烟气脱硫的基本工艺。它采用价廉易得的石灰石或石灰作脱硫吸收剂,石灰石经破碎磨细成粉状与水混合搅拌成吸收浆液,当采用石灰为吸收剂时,石灰粉经消化处理后加水制成吸收剂浆液。在吸收塔内,吸收浆液与烟气接触混合,烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及鼓入的氧化空气进行化学反应被脱除,最终反应产物为石膏。脱硫后的烟气经除雾器除去带出的细小液滴,经换热器加热升温后排入烟囱。脱硫石膏浆经脱水装置脱水后回收。由于吸收浆液循环利用,脱硫吸收剂的利用率很高。最初这一技术是为发电容量在100MW以上、要求脱硫效率较高的矿物燃料发电设备配套的,但近几年来,这一脱硫工艺也在工业锅炉和垃圾电站上得到了应用.

     根据美国EPRI统计,目前已经开发的脱硫工艺大约有近百种,但真正实现工业应用的仅10多种。已经投运或正在计划建设的脱硫系统中,湿法烟气脱硫技术占80%左右。在湿法烟气脱硫技术中,石灰石/石灰—石膏湿法烟气脱流技术是最主要的技术,其优点是:

1
技术成熟,脱硫效率高,可达95%以上。

2
原料来源广泛、易取得、价格优惠

3
大型化技术成熟,容量可大可小,应用范围广

4
系统运行稳定,变负荷运行特性优良

5
副产品可充分利用,是良好的建筑材料

6
只有少量的废物排放,并且可实现无废物排放

7
技术进步快。

   石灰石/石灰—石膏湿法烟气脱硫工艺,一般布置在锅炉除尘器后尾部烟道,主要有:工艺系统、DCS控制系统、电气系统三个分统。

基本工艺过程

在石灰石一石膏湿法烟气脱硫工艺中,俘获二氧化硫(SO2)的基本工艺过程:烟气进入吸收塔后,与吸收剂浆液接触、进行物理、化学反应,最后产生固化二氧化硫的石膏副产品。基本工艺过程为:

(1)气态SO2与吸收浆液混合、溶解

(2)SO2进行反应生成亚硫根

(3)亚硫根氧化生成硫酸根

(4)硫酸根与吸收剂反应生成硫酸盐

(5)硫酸盐从吸收剂中分离

   用石灰石作吸收剂时,SO2在吸收塔中转化,其反应简式式如下:

             CaCO3+2 SO2+H2O =Ca(HSO3)2+CO2

在此,含CaCO3的浆液被称为洗涤悬浮液,它从吸收塔的上部喷入到烟气中。在吸收塔中SO2被吸收,生成Ca(HSO3)2 ,并落入吸收塔浆池中。

当pH值基本上在5和6之间时, SO2去除率最高。因此,为了确保持续高效地俘获二氧化硫(SO2)必须采取措施将PH值控制在5和6之间;为了确保要将PH值控制在5和6之间和促使反应向有利于生成2H+和 SO32- 的方向发展,持续高效地俘获二氧化硫(SO2),必须采取措施至少从上面方程式中去掉一项反应产物物、消耗氢离子H+,以保持ph值和反应物浓度梯度。为达到这个目的,在湿法脱硫技术研究过程中采用:通过加入氧气使硫酸氢氧化生成硫酸根,降低SO32-;通过加入吸收剂CACO3消耗氢离子H+,维持PH值在5-6之间,同时使硫酸根与吸收剂反应生成硫酸钙,降低了溶液中硫酸根浓度。

通过鼓入的空气使亚硫酸氢钙在吸收塔浆池中氧化成石膏。

         Ca(HSO3)2+O2+ CaCO3+3 H2O =2CaSO4.2H2O+CO2

石膏结晶是最终工艺阶段,对于整个工业过程是非常重要的,对最终产品的质量产生决定性的影响。为生产可用的产品必须对石膏的结晶过程进行有效的控制,使石膏结晶能够生成大量易于分离和脱水的石膏颗粒。影响石膏的结晶的参数主要是溶液的相对过饱和度,晶体的增长还受到晶体生长的时间,机械力、PH值变化等的影响。搅拌悬浮液可以使晶粒大小的分布向颗粒较小的方向转移。达到一定的相对过饱和度时,晶种生长速率突然迅速加快,因此产生许多新颗粒(均匀晶种)。通过PH值的变化来改变的氧化速率有可能直接影响石膏的相对过饱和度。

由于浆液循环使用,浆液中除石灰石外,还含有大量石膏。当石膏达到一定的过饱和度时(约130%)抽出一部分浆液送往石膏处理站,制成工业石膏。剩余浆液与新浆循环浆液混合,使加入的吸收剂充分被利用,并确保晶体的增长。石膏晶体的增长是最终产品处理比较简单的先决条件。

同时从吸收塔浆池中抽出相当量的反应物并送到石膏处理站。这批物料流的组分和吸收塔浆池中悬浮液相同,但是为了使其与悬浮液区别开,称为石膏浆液。在残余水分小于10%重量的干石膏作为副产品从最后的工艺流程阶段排出。

除了SO2外, Cl、F以很高的效率从烟气中排出。除氯化物、佛化物外,一系列的不溶性组分例如氧化铁,氧化铝和硅酸盐随一级脱水中产生的稀释流有相当一部分作为废水排放,以保证那些不需要的杂质在吸收浆液中的浓度保持在正常范围内。

    综上所述,脱硫效率控制主要是通过以下手段控制的 :

Ø控制吸收塔浆液的PH值(通过新石灰石浆液的加入)、

Ø增加烟气在吸收塔内部的停留时间(增开循环浆泵)

3   控制石膏晶体(主要通过检测浆液比重来实现)




(图一)湿式石灰石-石膏脱硫系统工艺流程图

石灰石





吸收塔系统:包括吸收塔、喷淋系统、除雾器、氧化风系统、搅拌器。

吸收塔是系统中最重要的部件,设计为单级。其作用是,作为烟道的一部分提供烟气通道,作为吸收容器,所有的吸收反应均在吸收塔内完成。吸收塔自下而上大体可分为三个区:回收池、洗涤区、气体区(如图二所示);




                                                              净烟气区


除雾器

                                                                         气体区

喷淋层


原烟气                                                          洗涤区 ( 喷雾区)



        搅拌器

回收池(浆液池)



图二:吸收塔内部结构简图

洗涤区:

既喷淋层,布置吸收剂浆液喷嘴。吸收剂浆液自喷嘴喷出,与烟气接触,发生反应,吸收SO2、SO3等。

回收池(液态区):

作为吸收剂浆液的储存器和反应器。在这一区域的主要反应:新加入石灰石的溶解;亚硫酸盐氧化生成硫酸盐;硫酸盐与石灰石反应生成石膏;石膏晶体生长。

气体区:

在吸收器内喷淋层上部至吸收塔出口是气体区,在此区间,装有除雾器,烟气通过除雾器,减少烟气中携带的水份。

吸收剂浆液由循环泵从吸收塔(回收池)反应池抽取,再打到喷嘴,不断循环,保证了气液比和吸收剂的充分利用。

氧化风由两台氧化风机提供,并通过搅拌器侧面的管路注入。采用这种布置方式,由于强烈的搅拌作用,一方面使空气均匀分布,另一方面可以使液体与空气充分混合,便于氧化反应。

工艺水系统向FGD提供所有工艺用水,维持系统水平衡,由工艺水池、两台水泵、管道、阀们组成。工艺水系统的主要用户提供除雾器清洗水(这部分水同时作为吸收塔补充水)、石膏冲洗水和管道系统清洗水。

    石灰石浆液制备供给系统由石灰石石料接收系统、磨机系统、石灰石浆液供给系统组成。磨机直接将石灰石磨制成石灰石浆液,石灰石供给系统向吸收塔供给石灰石浆液,浆液量由负荷决定。图是石灰石浆液制备供给系统图

   石膏脱水系统。石膏浆液经石膏泵送到第一级脱水分离器-旋流器,真空皮带机作为二级脱水分离器。

   旋流器的上溢流,含有细固体颗粒,返回吸收塔:旋流器的底流,含固体浓度约为50%的石膏浆液输送到二级脱水分离器-真空皮带机,进行二次脱水。

事故浆池、地坑系统

事故浆池、地坑系统。地坑系统用于收集排放和泄露的浆液、工艺水等,并用泵打到事故浆池和吸收塔。事故浆池用于事故和短期检修情况下,储备脱硫系统所有的浆液。浆液由地坑泵和石膏浆液泵打到事故浆池,由事故浆池泵打回吸收塔。

   脱硫装置启动条件:

   机组启动后,当除尘器出口烟气温度达到设计值(>120℃),除尘器投入运行后,锅炉已经投入一层以上的煤粉燃烧器后,即可运行脱硫装置。但在锅炉启动期间,一般不能投运装置,以便防止粉尘进入装置,保证脱硫石膏品质合格。

装置负荷特性。

   脱硫装置的负荷特性设计为可随着机组符合变化而变化,可满足机组负荷变化的要求。

脱硫装置的运行保护

   为了装置的安全稳定运行,分级设计了系统和安全保护系统。脱硫装置的保护主要有

1.增压风机故障

2.GGH故障

3.无循环泵运行故障

4.原烟气/净烟气档板未打开故障

5.原烟气超温故障

6.烟气超压故障

主要控制回路简介

脱硫装置的主要控制回路有:

1.石灰石浆液流量控制回路、吸收塔液面控制回路、和石膏浆液排放控制回路。石灰石浆液流量控制回路石灰石浆液流量控制回路控制吸收塔石灰石浆液供给量。石灰石浆液供给量受SO2负荷、PH值、石灰石质量控制。

2.吸收塔液面控制回路、为了补充吸收塔中的水损失,需要向吸收塔中补充工艺水。在系统中,吸收塔补充水来源于除雾器冲洗水和石灰石供给系统。除雾器冲洗水系统的冲洗控制系统根据吸收塔水位控制冲洗程序,使吸收塔水损失得到补偿,控制吸收塔水位。

3.石膏浆液排放控制回路。石膏浆液排放控制回路控制石膏浆液自吸收塔经石膏排出泵排放到石膏脱水系统。以便保持吸收塔内固体颗粒含量,保证脱硫工艺的连续性和高效。当吸收塔中含固量达到设计要求时,石膏浆液经过一级脱水旋流器的底流被间断送往二级脱水皮带机,排出系统。当吸收塔含固量低于设计值时,石膏浆液经过一级脱水旋流器的底流返回吸收塔。




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